專利名稱：用于動(dòng)脈血栓移除的微型乳化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于動(dòng)脈血栓移除的微型乳化器，并且具體地，盡管并非唯一地，指通過具有撓性傳輸線的小型化壓電換能器的血栓的超聲消溶(ablation)，以及指生物物質(zhì)的乳化，例如血栓的超聲乳化(phacoemulsification)。
背景技術(shù)：
血栓是在血管中形成并停留在血管中的血凝塊。這能在該區(qū)域中造成損傷、破壞 (梗塞)，或者甚至組織的死亡(壞死)。血栓外科手術(shù)是常見的做法。已發(fā)展出用于血栓移除的許多不同的手術(shù)工具。這些工具包括通過機(jī)械力、血栓溶解劑(Thrombolytic agent) 的使用以及超聲能移除血栓的工具。然而，這些技術(shù)存在眾多缺點(diǎn)，包含，但不限于低效率和對(duì)血管壁的損傷。已開發(fā)了用于血栓溶解消溶的壓電裝置。促動(dòng)器具有為促動(dòng)器供應(yīng)產(chǎn)生超聲能所要求的電能的外部發(fā)電機(jī)。鋯鈦酸鉛(“PZT”)晶體的換能器將電能轉(zhuǎn)化為高功率超聲波。 連接在換能器近端的超聲導(dǎo)管將超聲波傳輸?shù)皆谄溥h(yuǎn)端的靶血栓。通過超聲的血栓的消溶是通過由超聲波造成的在血凝塊中的空化(cavitation)作用。超聲組織消溶呈現(xiàn)組織選擇性。生物組織對(duì)超聲破壞的敏感性與它們的彈性回縮力成反比，彈性回縮力由它們的膠原蛋白和彈性蛋白含量表示。盡管血栓本身較不具有彈性元素，它們對(duì)超聲消溶高度敏感。相反地，富有膠原蛋白和彈力蛋白的順應(yīng)性 (compliant)基質(zhì)的正常動(dòng)脈壁則相對(duì)地對(duì)超聲消溶不敏感。由于空化作用是生物選擇性的，主動(dòng)脈壁對(duì)空化作用有抵抗作用，僅有血栓被上述的促動(dòng)器消溶。超聲導(dǎo)管用于治療人類血管的一個(gè)例子是將含有溶解化合物的溶液直接遞送到閉塞位點(diǎn)，以移除或減小閉塞。此外，超聲能由超聲組件生成，并被用于增強(qiáng)溶解化合物的治療作用。由于僅有導(dǎo)管被插入到血管中，并且換能器在體外，需要的輸入功率將是高的， 以提供足夠的超聲能到用于血栓溶解的導(dǎo)管。同樣，由于導(dǎo)管的長的長度，沿導(dǎo)管的能量損失將是高的。這意味著效率將因能量損失而降低。另一個(gè)例子使用經(jīng)顱超聲血栓溶解系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用與血栓溶解劑組合的超聲能來輔助溶解顱內(nèi)血栓以及來增強(qiáng)血栓溶解劑的效力。然而，系統(tǒng)的大尺寸限制了其實(shí)際應(yīng)用。超聲醫(yī)學(xué)裝置的再一例子被用于治療深靜脈血栓，通過使用沿超聲探針的縱軸具有多個(gè)橫向波節(jié)(node)和波腹(anti-nodes)的超聲能，以產(chǎn)生空化作用，來消溶血栓和治療深靜脈血栓。橫向超聲振動(dòng)可能損傷周圍的細(xì)胞，而不僅僅是血栓。同樣，由于僅有導(dǎo)管被插入到體內(nèi)，其被定位到血栓的能力較差?，F(xiàn)有技術(shù)并未提供合適的要被插入到體內(nèi)的裝置來消溶、乳化并且移除血栓?，F(xiàn)有技術(shù)并未提供如同在人類的應(yīng)用中所要求的較好地定位到血栓位點(diǎn)以具有較高的精確度的解決方案?，F(xiàn)有技術(shù)使用高輸入功率來生成低頻超聲能。它們均在轉(zhuǎn)化過程中遭受大的能量損失。由此，仍然存在著對(duì)小尺寸的設(shè)備的需要，以便能夠被插入到體內(nèi)并且能夠消溶、乳化并且移除血栓。這優(yōu)選地是以更局部化的方式。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一示例性方面，提供一種微型乳化器，包括疊堆的壓電材料，在所述疊堆的壓電材料近端的角狀部，以及可接收于所述角狀部中用于超聲波的傳輸?shù)膫鬏斁€，所述超聲波能夠由所述疊堆的壓電材料產(chǎn)生。所述超聲波能夠在平行于所述疊堆的壓電材料和所述角狀部的縱軸的方向產(chǎn)生。根據(jù)另一示例性方面，提供一種微型乳化器，包括疊堆的壓電材料，在所述疊堆的壓電材料近端的角狀部，以及可接收于所述角狀部中用于超聲波的傳輸?shù)膫鬏斁€，所述超聲波能夠由所述疊堆的壓電材料產(chǎn)生。所述傳輸線包括可接收于所述角狀部中的第一端和遠(yuǎn)離所述第一端的第二端，所述第二端具有在其上的球狀部。針對(duì)第一示例性方面，所述傳輸線可以包括可接收于所述角狀部中的第一端和遠(yuǎn)離所述第一端的第二端，所述第二端具有在其上的球狀部。根據(jù)再一示例性方面，提供一種用于微型乳化器的傳輸線，所述傳輸線包括被構(gòu)造為可被接收于所述微型乳化器的角狀部中的第一端，以及遠(yuǎn)離所述第一端的第二端，所述第二端具有在其上的球狀部。針對(duì)全部三個(gè)示例性方面，所述球狀部為與所述第二端成為一體和固定到所述第二端中的至少一種。所述球狀部可以具有光滑的外表面。所述外表面可以是不規(guī)則形或球形。所述傳輸線可以是撓性的；并且可以是金屬材料的。針對(duì)前兩個(gè)示例性方面，所述超聲波可以是能夠在平行于所述疊堆的壓電材料和所述角狀部的縱軸的方向產(chǎn)生。所述疊堆的壓電材料可以包括多個(gè)壓電元件。每個(gè)壓電元件可以包括有中空芯的圓柱體。每個(gè)壓電元件可以在平行于所述疊堆的壓電材料和所述角狀部的縱軸的方向周期性地壓縮和擴(kuò)張。所述角狀部可以是中空管，并且可以在其中接收所述用于縱向超聲波的傳輸?shù)膫鬏斁€。所述傳輸線可以以壓緊配合或卡扣配合的方式被接收。所述傳輸線與所述角狀部的接合可以使用固定劑和/或密封劑?？商鎿Q地，所述傳輸線可以與所述角狀部為一體。所述微型乳化器可以能夠被容適于主要血管中，并且所述傳輸線可以能夠被定位于小血管中用于在所述小血管中血栓的消溶。根據(jù)最后的示例性方面，提供一種在第一血管中消溶血栓的方法，所述方法包括 沿能夠容適所述微型乳化器的大血管傳遞如上所述的微型乳化器直到所述傳輸線接觸所述大血管中的所述血栓，或者進(jìn)入較小血管并且接觸所述較小血管中的血栓，促動(dòng)所述微型乳化器以在所述球狀部生成縱向定向的超聲能來消溶所述血栓。所述血栓的所述消溶可以是通過空化和機(jī)械破碎的至少一種。消溶可以包含乳化、重組和血栓溶解。


為了使本發(fā)明可以被全面地理解并容易地實(shí)際執(zhí)行，現(xiàn)在應(yīng)通過非限定性實(shí)施例的方式來描述，所述非限定性實(shí)施例僅為示例性實(shí)施方案，參照附圖進(jìn)行描述。附圖中圖1是微型乳化器的示例性實(shí)施方案的示意圖；圖2是圖1的示例性實(shí)施方案的換能器的縱向垂直橫截面視圖3是圖1和2的示例性實(shí)施方案的傳輸線的示意圖；圖4是圖示用于圖1和2的示例性實(shí)施方案的壓電材料的收縮與擴(kuò)張的示意圖； 以及圖5是由圖1到4的示例性實(shí)施方案的操作產(chǎn)生的縱向波形的圖示。
具體實(shí)施例方式圖1到3中示出的是包括換能器20和傳輸線40的微型乳化器10。換能器20將電能轉(zhuǎn)化為大功率超聲能，并且包括一對(duì)用于供應(yīng)電能到換能器20 的電引線21。可替換地，可以在換能器20中提供內(nèi)置式或可移除的電池。再可替換地，射頻波可以被用于經(jīng)由換能器20中的內(nèi)置式天線(未示出)來供應(yīng)能量。如所示出的，引線 21在換能器20的遠(yuǎn)端27被連接到換能器20的主體26。換能器20的主體沈還包括促動(dòng)線圈22和疊堆23的壓電材料28。疊堆23的壓電材料觀的每一個(gè)可以是鋯鈦酸鉛(“PZT”)晶體。如圖4中示出的，疊堆23的壓電材料 28的每一個(gè)優(yōu)選地是有中空芯四的圓柱體。每個(gè)壓電材料28在換能器20的中心縱軸30 的方向收縮和擴(kuò)張。通過具有疊堆23的壓電材料觀，促進(jìn)了多層放大，從而壓電疊堆23起放大器的作用。盡管描述并圖示了疊堆23，也可以使用單個(gè)環(huán)觀或者管(長的環(huán))。這在微型乳化器10要被進(jìn)一步小型化時(shí)可以有幫助。壓電疊堆23的直徑可以是，例如5mm，并且長度可以是，例如8mm。以此方式，微型乳化器10能夠被放在主要血管內(nèi)。在其近端31，換能器20的主體沈具有已知形式的角狀部M和諸如中空管的構(gòu)造，如所示出的。角狀部M傳輸并放大超聲能到傳輸線40，并且借助于角狀部基座25而被安裝到主體沈。角狀部M是中空管并且用于在其中接收傳輸線40。角狀部M的直徑可以是，例如1. 5mm，并且其長度可以是，例如在20到30mm的范圍內(nèi)。角狀部M可以是任何合適的材料，例如7075鋁材料。鋁具有低密度，這有助于由換能器20產(chǎn)生的超聲波的放大。這還意味著壓電疊堆23的質(zhì)量比角狀部M的質(zhì)量相對(duì)地更大。如果壓電疊堆23具有質(zhì)量Hi1,并且將生成速度V1,并且角狀部具有質(zhì)量m2，并且將生成速度v2，則由于能量的轉(zhuǎn)化，Iii1V1 = m2v2由于Hi1大于m2，因此V2將大于Vl。這促進(jìn)了放大效果。由于由壓電疊堆23生成的振幅不大(由其尺寸和物理性質(zhì)造成的)，角狀部M將充當(dāng)由壓電疊堆23產(chǎn)生的超聲波的放大器。傳輸線40具有用于安裝在角狀部M內(nèi)的第一端41和在其上具有球狀部分43的第二端42。傳輸線40傳輸超聲能至在第二端42的靶血栓。傳輸線40具有集中在球狀部分43的超聲波。傳輸線40被連接在角狀部M的近端，并且可以有在0. 3到0. 7mm范圍內(nèi)、優(yōu)選地 0. 5mm的直徑。傳輸線40的長度可以在10到40cm范圍內(nèi)，優(yōu)選地15cm。傳輸線40的長度越短，能量損失越少，并且效率越好。傳輸線40的長度通過由換能器20生成的頻率的波長確定(η*1/2λ，其中n是整數(shù))。
傳輸線40的第二端42具有球狀部43，該球狀部43優(yōu)選地具有光滑的形狀并且可以大致上為球狀。其可以與傳輸線40為一體，或者可以被牢固地地附接到傳輸線40。該球狀部43可以是，例如聚合物(如環(huán)氧樹脂)的，并且可以具有在1.0到2. Omm范圍內(nèi)、優(yōu)選地1.5mm的直徑。這使得傳輸線能夠從換能器20延伸到小血管(例如冠狀動(dòng)脈)中。如此，換能器20可以保留在更大直徑并且能夠容適它的血管中，并且傳輸線40可以延伸到較小直徑的血管中用于血栓的超聲乳化。球狀部43是微型乳化器10的接觸血栓的部分。均勻且光滑的平面44是優(yōu)選的。 圖示的球形狀可以增加與血栓的接觸面積。光滑表面44有助于預(yù)防在插入和/或操作期間對(duì)血管壁的損傷。表面44可以是非均勻的，以增加表面44的摩擦，以增強(qiáng)血栓的超聲乳化。傳輸線優(yōu)選地是撓性的，從而其能夠沿著血管的路徑以達(dá)到血栓的位點(diǎn)。傳輸線40優(yōu)選地是具有適合于超聲波的傳輸?shù)慕Y(jié)晶結(jié)構(gòu)的材料。如此，該傳輸線 40優(yōu)選為金屬，更優(yōu)選為硬金屬。該傳輸線40還優(yōu)選為撓性的。由于超聲能在固體金屬中或通過固體金屬傳輸?shù)米詈?，傳輸線40優(yōu)選為，例如不銹鋼或鈦。由于微型乳化器10被插入到體內(nèi)，材料必須適合于該目的。鈦、Ti-6A1-4V(品級(jí)5)以優(yōu)異的生物相容性并且以 1E+7循環(huán)的高疲勞強(qiáng)度(Kt = 3. 3)被使用。鈦、Ti-6A1-4V(品級(jí)5)還具有高的撓性，以使其在被插入到血管中時(shí)能彎曲并改變形狀。傳輸線40與角狀部M的連接可以通過傳輸線40以壓緊配合或卡扣配合的方式插入到角狀部M中和/或可以使用固定和/或密封劑(例如環(huán)氧樹脂、焊接，或諸如此類)。 連接應(yīng)是這樣的，以最小化超聲能在從角狀部M到傳輸線40的傳輸中的損失。傳輸線40 和角狀部M之間良好的密封將在這方面有幫助。可替換地，傳輸線40可以與角狀部M為一體。疊堆23的壓電元件觀的圓柱體本質(zhì)誘導(dǎo)壓電元件觀的貫序性收縮和擴(kuò)張，以產(chǎn)生縱向定向的超聲波，如圖5中示出的。超聲波可以具有在例如20到IOOKHz范圍內(nèi)、優(yōu)選地60KHz的頻率。通過微型乳化器10對(duì)血栓的消溶中涉及有兩種協(xié)同機(jī)制的組合。第一種機(jī)制是空化作用。聲學(xué)周期的負(fù)相期間，壓力降低到血栓的蒸汽壓以下。如此，所施加的高超聲能可以造成血栓中微泡或空腔的形成。局部沖擊波可以通過腔的快速擴(kuò)張和坍塌而生成。微泡或空腔的相對(duì)劇烈內(nèi)爆可以導(dǎo)致組織的破壞?？栈诔暤南茏饔弥械慕巧峭ㄟ^以下發(fā)現(xiàn)被證實(shí)的，即組織消溶僅在空化閾以上的功率時(shí)觀察到。靶血栓的機(jī)械破碎是第二機(jī)制。這是由傳輸線40的球狀部44的因超聲波而產(chǎn)生的高頻率、低振幅的縱向位移造成的。然而，傳輸線40的額外的橫向運(yùn)動(dòng)，或者額外的空化作用，也可能同時(shí)發(fā)生。由于血栓似乎對(duì)超聲破裂更敏感，這暗示了空化是血栓消溶的主要機(jī)理。空化導(dǎo)致纖維聚合物的解聚，由此造成血栓破碎。整個(gè)微型乳化器10均能被插入到血管中，而不是如現(xiàn)有技術(shù)的僅導(dǎo)管或傳輸線。 這增加了效率。傳輸線40長度、強(qiáng)度和撓性，與球狀部44 一起，使得微型乳化器能夠沿能容適其的較大的血管被傳遞，直到傳輸線接觸較大血管中的血栓，或者進(jìn)入較小血管并且接觸較小血管中的血栓。超聲波的縱向本質(zhì)而不是橫向聲波能夠以對(duì)小血管的壁的最小損傷風(fēng)險(xiǎn)消溶血栓。這可以有較低的輸入功率和較高的效率。
微型乳化器10可以被放置在標(biāo)準(zhǔn)真空導(dǎo)管的尖端，允許朝向血栓位點(diǎn)的光滑遞送。在血栓附近，微型乳化器10將被促動(dòng)，在球狀部44生成將消溶血栓的縱向定向的超聲能。裝置局部地生成超聲能，并且因此在人體應(yīng)用中有較高的精確度。這些將在本質(zhì)上簡(jiǎn)化程序并且降低副作用。血栓的消溶被認(rèn)為包含乳化、解破碎(defragmentation)、血栓溶解，等等。其可以通過兩種不同的行為發(fā)生(a)機(jī)械沖擊。這里球狀部44的震動(dòng)將粉碎血栓。該作用中，即使沒有波傳播，血栓也能被破壞。為此原因，傳輸線40不應(yīng)有大的長度。(b)空化這里超聲能作為通過消溶、乳化、解破碎、血栓溶解等等破壞血栓的壓力和/或應(yīng)力波而在血栓中傳播。微型乳化器10可以被用于，例如·主動(dòng)脈及其分支動(dòng)脈中凝塊的消散(lysis)；·冠狀動(dòng)脈中凝塊的消散；·靜脈系統(tǒng)中凝塊的消散；·心肌內(nèi)血流的改善；·腦血管中凝塊的消散以及·肺動(dòng)脈中凝塊的消散。盡管前文說明已描述了示例性實(shí)施方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在設(shè)計(jì)、構(gòu)建和 /或操作的細(xì)節(jié)中可以進(jìn)行許多變化，而不偏離本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種微型乳化器，包括疊堆的壓電材料，在所述疊堆的壓電材料近端的角狀部，以及可接收于所述角狀部中用于超聲波的傳輸?shù)膫鬏斁€，所述超聲波能夠由所述疊堆的壓電材料產(chǎn)生，所述超聲波能夠在平行于所述疊堆的壓電材料和所述角狀部的縱軸的方向產(chǎn)生。
2.一種微型乳化器，包括疊堆的壓電材料，在所述疊堆的壓電材料近端的角狀部，以及可接收于所述角狀部中用于超聲波的傳輸?shù)膫鬏斁€，所述超聲波能夠由所述疊堆的壓電材料產(chǎn)生，所述傳輸線包括可接收于所述角狀部中的第一端和遠(yuǎn)離所述第一端的第二端，所述第二端具有在其上的球狀部。
3.如權(quán)利要求1所述的微型乳化器，其中所述傳輸線包括可接收于所述角狀部中的第一端和遠(yuǎn)離所述第一端的第二端，所述第二端具有在其上的球狀部。
4.如權(quán)利要求2所述的微型乳化器，其中所述球狀部為與所述第二端成為一體和固定到所述第二端中的至少一種。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的微型乳化器，其中所述球狀部具有光滑的外表面。
6.如權(quán)利要求4所述的微型乳化器，其中所述外表面為選自由不規(guī)則形和球形組成的組的形狀。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的微型乳化器，其中所述傳輸線是撓性的，并且是金屬材料的。
8.如權(quán)利要求2所述的微型乳化器，其中所述超聲波能夠在平行于所述疊堆的壓電材料和所述角狀部的縱軸的方向產(chǎn)生。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的微型乳化器，其中所述疊堆的壓電材料包括多個(gè)壓電元件，每個(gè)壓電元件包括有中空芯的圓柱體。
10.如權(quán)利要求9在從屬于權(quán)利要求1或8時(shí)所述的微型乳化器，其中每個(gè)壓電元件在平行于所述疊堆的壓電材料和所述角狀部的縱軸的方向周期性地壓縮和擴(kuò)張。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的微型乳化器，其中所述角狀部是中空的管，并且在其中接收所述用于縱向超聲波的傳輸?shù)膫鬏斁€，所述傳輸線以選自由壓緊配合與卡扣配合組成的組的方式被接收；所述傳輸線與所述角狀部的接合使用固定劑和密封劑的至少一種。
12.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的微型乳化器，其中所述傳輸線與所述角狀部成為一體。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的微型乳化器，其中所述微型乳化器能夠容適于主要血管中，并且所述傳輸線能夠被定位于小血管中用于在所述小血管中血栓的消溶。
14.一種用于微型乳化器的傳輸線，所述傳輸線包括被構(gòu)造為可被接收于所述微型乳化器的角狀部中的第一端，以及遠(yuǎn)離所述第一端的第二端，所述第二端具有在其上的球狀部。
15.如權(quán)利要求14所述的傳輸線，其中所述球狀部為與所述第二端成為一體和牢固地地附接到所述第二端中的至少一種。
16.如權(quán)利要求14或15所述的傳輸線，其中所述球狀部具有光滑的外表面。
17.如權(quán)利要求16所述的傳輸線，其中所述外表面為選自由不規(guī)則形和球形組成的組的形狀。
18.如權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)所述的傳輸線，其中所述傳輸線是撓性的，并且是用于縱向超聲波沿所述傳輸線到所述球狀部傳輸?shù)牟牧系摹?br> 19.一種在第一血管中消溶血栓的方法，所述方法包括沿能夠容適所述微型乳化器的大血管傳遞如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的微型乳化器直到所述傳輸線接觸較大血管中的血栓，或者進(jìn)入較小血管并且接觸所述較小血管中的血栓，促動(dòng)所述微型乳化器以在所述球狀部生成縱向定向的超聲能來消溶所述血栓。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述血栓的所述消溶是通過空化和機(jī)械破碎的至少一種。
21.如權(quán)利要求19或20所述的方法，其中消溶包括乳化、解破碎和血栓溶解。
全文摘要
公開了一種微型乳化器，包括疊堆的壓電材料，在所述疊堆的壓電材料近端的角狀部，以及可接收于所述角狀部中用于超聲波的傳輸?shù)膫鬏斁€，所述超聲波能夠由所述疊堆的壓電材料產(chǎn)生。超聲波能夠在平行于所述疊堆的壓電材料和所述角狀部的縱軸的方向產(chǎn)生。傳輸線包括可接收于所述角狀部中的第一端和遠(yuǎn)離所述第一端的第二端，所述第二端具有在其上的球狀部。
文檔編號(hào)A61B17/22GK102238918SQ200880131810
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者劉發(fā)浩, 梅彥昌, 馬元 申請(qǐng)人:南洋理工大學(xué)